Kim, Seong-Gon;Jeong, Jae-Hwan;Che, Xiangguo;Park, Yong-Tae;Lee, Sang-Woon;Jung, Eun-Sun;Choe, Senyon;Choi, Je-Yong
BMB Reports
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제46권6호
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pp.328-333
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2013
Many bioactive molecules like recombinant human bone morphogenetic protein 2 (rhBMP-2) have been developed for mineralized bone grafts, for which proper scaffolds are necessary to successfully apply the bioactive molecules. In this study, we tested the osteogenic efficacy of rhBMP-2 produced in-house in combination with gelatin sponge as the scaffold carrier in a rabbit radial defect model. The efficacy of the rhBMP-2 was determined by alkaline phosphatase activity assay of C2C12 cells. Two groups of ten rabbits each were treated with rhBMP-2/gelatin sponge, or gelatin sponge only. At 4 weeks, rhBMP-2/gelatin sponge grafts showed more bone regeneration than gelatin sponge grafts, as determined by X-ray radiography, micro-computed tomography, and histological analyses. At 8 weeks, rhBMP-2/gelatin sponge grafts exerted much stronger osteogenic effects. The study demonstrates the improved osteogenic efficacy of the rhBMP-2/gelatin sponge grafts in a rabbit radial bone defect model acting as a bone-inductive material.
Objectives: The effects of bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) and enamel matrix derivative (EMD) respectively with mineral trioxide aggregate (MTA) on hard tissue regeneration have been investigated in previous studies. This study aimed to compare the osteogenic effects of MTA/BMP-2 and MTA/EMD treatment in MC3T3-E1 cells. Materials and Methods: MC3T3-E1 cells were treated with MTA (ProRoot, Dentsply), BMP-2 (R&D Systems), EMD (Emdogain, Straumann) separately and MTA/BMP-2 or MTA/EMD combination. Mineralization was evaluated by staining the calcium deposits with alkaline phosphatase (ALP, Sigma-Aldrich) and Alizarin red (Sigma-Aldrich). The effects on the osteoblast differentiation were evaluated by the expressions of osteogenic markers, including ALP, bone sialoprotein (BSP), osteocalcin (OCN), osteopontin (OPN) and osteonectin (OSN), as determined by reverse-transcription polymerase chain reaction analysis (RT-PCR, AccuPower PCR, Bioneer). Results: Mineralization increased in the BMP-2 and MTA/BMP-2 groups and increased to a lesser extent in the MTA/EMD group but appeared to decrease in the MTA-only group based on Alizarin red staining. ALP expression largely decreased in the EMD and MTA/EMD groups based on ALP staining. In the MTA/BMP-2 group, mRNA expression of OPN on day 3 and BSP and OCN on day 7 significantly increased. In the MTA/EMD group, OSN and OCN gene expression significantly increased on day 7, whereas ALP expression decreased on days 3 and 7 (p < 0.05). Conclusions: These results suggest the MTA/BMP-2 combination promoted more rapid differentiation in MC3T3-E1 cells than did MTA/EMD during the early mineralization period.
Bone morphogenetic protein-7(BMP-7), a member of the transforming growth factor superfamily, stimulates osteoblast differentiation and bone formation. There are lots of evidences supporting a direct participation of periodontal ligament(PDL) cells on periodontal tissue regeneration. The purpose of this study was to evaluate the effect of recombinant human(rh) BMP-7 on primary rat PDL cells in vitro, with special focus on the ability of bone formation. The PDL cells were cultured with rhBMP-7 at the concentration of 0, 10, 25, 50, 100 and 200ng/ml for MTT assay. We evaluated the alkaline phosphatase activity at 3 and 5 days of incubation and the ability to produce mineralized nodules of rat PDL cells at 14 days of cell culture in concentration of 0, 10, 25, 50 and 100ng/ml. The cell activity was not reduced in cells treated with BMP-7 at $10{\sim}100ng/ml$, whereas the cell activity was reduced in the concentration of 200ng/ml than the control at day 1 and 3(p<0.01). At 3 and 5 day, alkaline phosphatase activity was significantly increased in cells treated with BMP-7 at 50ng/ml and 100ng/ml(p<0.05). The area of mineralized bone nodule was greater in cells treated with BMP-7 at 50 and 100 ng/ml than the control(p<0.01). These results suggest that rhBMP-7 stimulate rat PDL cells to differentiate toward osteoblast phenotype and secretion of the extracellular matrix of rat PDL cells.
Bispbosphonates are a class of pharmaceutic agents, which induce apoptosis of osteoclast as well as impair osteoclastic activity to suppress bone resorption. Thus, bisphophonates are effectively used to treat osteoporosis, multiple myeloma and to prevent bone metastases of malignant cancer. However, recently dental disease have been reported associated with Bisphosphonates. Thus, there are a number of discussions about proper prevention and treatment of bisphosphonate-related osteonecrosis of jaw(BRONJ). Marshall R. Urist in 1965 made the seminal discovery that a specific protein, BMP(bone morphogenetic protein), found in the extracellular matrix of demineralized bone could induce bone formation newly when implanted in extraosseous tissues in a host. BMPs are multi-functional growth factors which are members of the transforming growth factor-beta super family and their ability is that plays a pivotal roll in inducing bone. About 18 BMP family members have been identified and characterized. Among of them, BMP-2 and BMP-7 have significant importance in bone development. In this study, patients of BRONJ were recieved who visited Department of oral and maxillofacial surgery, school of dentistry, Wonkwang university for past 3 years from 2011 to 2013. We focused on the results of the surgical intervention. We suggest that new strategy of treatment used to rhBMP-2 and LFA(Lidocaine-Fibrinogen-Aprotinin)-collagen scaffold for patients of BRONJ. The purpose of this paper is to give a brief overview of BMPs and to critically review the clinical data currently available on rhBMP-2 and LFA collage scaffold.
암 환자의 방사선 치료는 환자의 생존 수명을 연장하기 위해 사용한다. 그러나 방사선 조사 후 피폭으로 인해 정상적인 조직 재생은 치명적인 장해를 수반한다. 방사선 치료 후 발생 할 수 있는 장해는 골세포와 골대사 메커니즘에 결정적인 방사선 장해를 수반하여 방사성골괴사가 발생된다. 따라서 방사성골괴사를 극복하기 위해 방사선 장해의 극복을 위한 조직재생의 연구가 필수적으로 대두된다. 이번 연구에서는 골재생의 대표적인 사이토카인 단백질인 BMP-2가 방사성조사 쥐 두개골 모델에서 골재생의 효과가 있는지 또한 몇 주부터 골재생 효과가 많이 발생되는지를 검증하고자 하였다. 결론적으로 방사선이 조사된 쥐의 두개골 결손모델에서는 8주가 지나야 BMP-2의 효과가 더욱더 효과적으로 발생하는 결과를 얻을 수 있었다. 만일 BMP-2 가 처리된 지지체를 방사선골괴사 치료제로 사용한다면 단시간에 골 재생 효과를 기대하는 것보다는 8주 이상의 시간이 경과 후 골재생 효과를 기대해야 할 것으로 사료된다.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제47권6호
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pp.454-464
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2021
Objectives: This study aimed to investigate the in vitro osteoinductivity of the combination of bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) and nanohydroxyapatite (nHAp) and the in vivo effects of implants coated with nHAp/BMP-2. Materials and Methods: To evaluate the in vitro efficacy of nHAp/BMP-2 on bone formation, bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) were seeded onto titanium disks coated with collagen (Col), Col/nHAp, or Col/nHAp/BMP-2. Protein levels were determined by a biochemical assay and reverse transcriptase-polymerase chain reaction. Stem cell differentiation was analyzed by flow cytometry. For in vivo studies with mice, Col, Col/nHAp, and Col/nHAp/BMP-2 were injected in subcutaneous pockets. Titanium implants or implants coated with Col/nHAp/BMP-2 were placed bilaterally on rabbit tibias and evaluated for 4 weeks. Results: In the in vitro study, BM-MSCs on Col/nHAp/BMP-2 showed reduced levels of CD73, CD90, and CD105 and increased levels of glycosaminoglycan, osteopontin, and alkaline phosphatase activity. After 4 weeks, the Col/nHAp/BMP-2 implant showed greater bone formation than the control (P=0.07), while no differences were observed in bone implant contact and removal torque. Conclusion: These results suggest that a combination of BMP-2 and an nHAp carrier would activate osseointegration on dental implant surfaces.
Dovitinib (TKI258) is a small molecule multi-kinase inhibitor currently in clinical phase I/II/III development for the treatment of various types of cancers. This drug has a safe and effective pharmacokinetic/pharmacodynamic profile. Although dovitinib can bind several kinases at nanomolar concentrations, there are no reports relating to osteoporosis or osteoblast differentiation. Herein, we investigated the effect of dovitinib on human recombinant bone morphogenetic protein (BMP)-2-induced osteoblast differentiation in a cell culture model. Dovitinib enhanced the BMP-2-induced alkaline phosphatase (ALP) induction, which is a representative marker of osteoblast differentiation. Dovitinib also stimulated the translocation of phosphorylated Smad1/5/8 into the nucleus and phosphorylation of mitogen-activated protein kinases, including ERK1/2 and p38. In addition, the mRNA expression of BMP-4, BMP-7, ALP, and OCN increased with dovitinib treatment. Our results suggest that dovitinib has a potent stimulating effect on BMP-2-induced osteoblast differentiation and this existing drug has potential for repositioning in the treatment of bone-related disorders.
The preclinical and clinical studies reviewed herein show that rhBMP-2 induces normal physiologic bone in relevant defects in the craniofacial skeleton. The newly formed bone assumes characteristics of the adjacent resident bone, and allows placement and osseointegration of dental implants. Clearly, the bone inducing capacity of rhBMP-2 is carrier and site dependent. rhBMP-2 in an absorbable collagen sponge carrier induces relevant bone formation in space providing defects. Space providing carries extends this possibility to non-space providing sites. Notably, some ceramic and polymeric biomaterials may substantially interfere with rhBMP-2 induced osteogenesis.
To investigate the efficiency of a fibrous collagen membrane(FCM) composed of bovine skin type I atelocollagen as a carrier for BMP, partially purified bovine BMP/FCM($0.3mg/10{\times}5{\times}1mm$) composites were implanted into the dorsal subcutaneous tissue of rats. FCM alone was also implanted as a control. The implants were harvested at 1, 2, 3, and 10 weeks after implantation, then prepared for routine light microscopic observation. The FCM alone did not induce osteogenesis and revealed no specific foreign body reaction nor was there any definite resorptive evidence for 10 weeks after implantation, while the BMP/FCM composites induced favorable bone formation in a process that resembled an endochondral and direct ossification mode. At 10 weeks, the well formed bone confined to embedded collagen fibers revealed hematopoietic marrow between bony trabeculae without evidence of resorptive or degenerative changes . These findings support the suggestion that BMP may induce undifferentiated mesenchymal cells into either chondroblasts or osteoblasts or both independantly according to the chemico- physical characteristics of the carrier, which develops the endochondral and/or direct bone formation process, and suggest that the FCM may be a favorable carrier for BMP.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제26권2호
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pp.179-185
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2000
The purpose of this study was to develop an osteogenic, biodegradable material using polymer and BMP. It was designed to have structural function and be moldable, for the reconstruction of load bearing areas and deformities of various configurations. Bone apatite was added to Poly(L-lactide)(PLLA) and made porous for osteoconductability and ease of BMP loading. The materials, with or without BMP purified from porcine bone matrix, were evaluated in cranial bone defect models in rats for biocompatibility and bone regeneration capability. The following results were obtained: The PLLA-BMP material with BMP added to the polymer showed 30% healing of cranial bone defects in rats during the 2 weeks to 3 months period of observation. The moldable PLLA agent without BMP also showed 25% bone healing capacity. Although new bone formation was incomplete in the critical size defect of rat cranium, it can be concluded that the unique moldability of those agents makes them useful for the reconstruction of various bone defects and maxillofacial deformities.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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